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企業(yè)信息
TWCS-68A1 過程控制實(shí)驗(yàn)裝置
一、概 述
“TWCS-68A過程控制實(shí)驗(yàn)裝置”是本企業(yè)根據(jù)自動化專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)，吸收了國內(nèi)外同類實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長處，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證，研發(fā)的一套全新的實(shí)驗(yàn)裝置。它采用多種常用的控制方式和理論，除了常見的PID算法及其改進(jìn)算法外，還增加了模糊控制、人工神經(jīng)元控制等國內(nèi)外先進(jìn)的控制策略。此外，本裝置還嵌入了國際上流行的MATLAB（數(shù)學(xué)軟件）軟件平臺，使老師和學(xué)生能輕松方便地進(jìn)行算法編制。
本裝置可滿足《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》以及《傳感器檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，除了能滿足本、?？茖W(xué)生不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，還能為研究生、相關(guān)專業(yè)老師和工程技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)雜控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等方面的研究，提供了實(shí)驗(yàn)對象和實(shí)現(xiàn)的手段。
二、裝置特點(diǎn)
本裝置的各種功能均綜合在一個實(shí)驗(yàn)臺上，采用積木式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、造型美觀大方、便于運(yùn)輸及實(shí)驗(yàn)室的多臺布局。
對象小型化、適應(yīng)性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)，控制對象模型由不銹鋼和有機(jī)玻璃水箱組成，實(shí)驗(yàn)水箱在屏右邊能清楚看見，管道流程直觀、清晰。
參數(shù)全面，涵蓋了液位、流量、壓力、溫度四大典型過程控制參數(shù)。
小型（小功率）執(zhí)行元件，它們是二個磁力驅(qū)動泵和一個電加熱器，使整體結(jié)構(gòu)更為緊湊和小型化。
系統(tǒng)控制方式多樣性
主要有位式控制、連續(xù)控制、模擬PID控制、智能儀表控制、PLC控制、單片機(jī)控制、計(jì)算機(jī)控制、兩套磁力泵交流變頻調(diào)速控制和單相移相調(diào)壓控制等，并可組成不同的控制方式。
安全保護(hù)齊全
設(shè)有電壓型漏電保護(hù)器和電流型漏電保護(hù)器各一組；強(qiáng)電連接線及插座均采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電；強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不會混插，避免錯接線而損壞設(shè)備。
三、系統(tǒng)組成
本裝置集多參數(shù)控制為一體，由過程控制對象、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計(jì)算機(jī)（用戶自配）等組成。
控制對象的模型由上、中、下三個水箱及一個儲水箱組成，上、中、下水箱由兩臺磁力泵供水。上、中兩個水箱各裝有一個擴(kuò)散硅壓力變送器來檢測壓力和液位；下水箱是一個復(fù)合式水箱，其中內(nèi)筒不銹鋼水箱中裝有500W電加熱器和PT100溫度傳感器。主管道上裝有小型渦輪流量計(jì)（定做）、小型閥門和兩臺磁力驅(qū)動泵。水箱中的水位、壓力、水溫以及供水的流量都可以用于構(gòu)成控制系統(tǒng)的被控參量。兩臺磁力泵中的任一臺都可作為調(diào)節(jié)通道或干擾通道，模擬現(xiàn)場產(chǎn)生的干擾信號，以驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能。
實(shí)驗(yàn)掛箱
本裝置共提供九個實(shí)驗(yàn)掛箱，分別是GK02傳感器輸出與顯示；GK03單片機(jī)控制；GK04模擬PID實(shí)驗(yàn)掛箱（配兩個）；GK05位式、連續(xù)控制掛箱；GK-06面板流程圖；GK07交流變頻器（日本三菱）掛箱（配兩個）；GK08 PLC控制器（西門子S7－200）掛箱。
PC/PPI專用編程電纜線
RS232/485通訊轉(zhuǎn)換器
豪華型電腦桌
計(jì)算機(jī)（用戶自備）
上位機(jī)軟件
PLC編程環(huán)境軟件為STEP 7-Micro/WIN32，它可以對S7-200的所有功能進(jìn)行編程。上位機(jī)具有二種監(jiān)控軟件：
MCGS工控組態(tài)軟件(DEMO版)：利用PC/PPI電纜線組成PLC與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，以及利用RS232/485轉(zhuǎn)換器組成智能調(diào)節(jié)儀與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對被控對象過渡過程的數(shù)據(jù)采集和存儲，數(shù)據(jù)曲線的動態(tài)顯示和監(jiān)控。MCGS工控組態(tài)軟件還可以對控制對象的圖形任意組態(tài)，動態(tài)顯示，編制控制策略，輸出實(shí)時曲線、歷史曲線、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，打印工程報表，操作菜單設(shè)計(jì)等一系列強(qiáng)大的功能。
單片機(jī)數(shù)據(jù)采集與算法控制軟件：利用RS232通信接口，配合單片機(jī)控制與計(jì)算機(jī)算法控制軟件，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字式PID運(yùn)算控制和各種先進(jìn)的智能控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集作圖。而且可使用MATLAB數(shù)學(xué)軟件編制各種新型的、先進(jìn)的控制算法。另外單片機(jī)還可作為獨(dú)立的控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制。
四、技術(shù)指標(biāo)
供電電源：單相三線220V±10% 50Hz
整機(jī)最大功耗：＜1kVA
整機(jī)尺寸：172cm×73cm×160cm
過程控制實(shí)驗(yàn)裝置
（一）高級過程控制對象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置對象主要由不銹鋼框架、不銹鋼儲水箱、（上、中、下）三個串接有機(jī)玻璃水箱、3Kw三相電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。供水系統(tǒng)至少有兩路。
1、不銹鋼框架：外形尺寸：長≤1630mm, 寬≤850mm,高≤1850mm；不銹鋼水箱外形尺寸為：長≥68cm，寬≥52㎝，高≥43㎝，容積不小于152L。
2、有機(jī)玻璃水箱：至少有上、中、下3個液位水箱。
3、鍋爐:功率控制在4.5Kw以內(nèi)。內(nèi)膽尺寸：直徑Φ不小于19cm，高度h不小于50cm，容積不小于14.2L；鍋爐夾套尺寸：直徑Φ不大于27cm，高度h不小于42cm，容積不小于9.8L。
4、盤管:模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長不小于37米（43圈），管徑不大于15mm。
5、液位變送器：量程：不小于0-5KPa；精度：±1.0%FS；輸出：4～20mA。
6、溫度傳感器:至少有六個Pt100鉑熱電阻溫度傳感器。
7、流量傳感器、變送器:采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源。公稱通徑：DN10；流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mADC。
8、電動調(diào)節(jié)閥：電源為單相220V，工作溫度：-100～1000℃；控制信號：4～20mA；反饋信號：4～20mA。
9、水泵:額定流量不低于30L/min，揚(yáng)程不小于8米，功率不高于180W，轉(zhuǎn)速不低于2800r/min。
10、三相電加熱管:至少由三根不低于1.5kW電加熱管星形連接而成，總功率不低于4.5kW。
11、電磁閥：工作壓力：最小壓力為0Kg/cm 2，最大壓力為10Kg/cm 2；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：AC220V。
（二）過控綜合自動化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺
1、交流電源面板：提供實(shí)驗(yàn)所需的三相四線～380V、三路單相～220V電源，總電源由三相鑰匙開關(guān)控制。
2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及I/O信號接口面板：符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
3、三相可控硅移相調(diào)壓裝置
控制參數(shù)：可輸入0～5V、0～10V、4～20mA；輸出參數(shù)：額定工作電壓：380VAC±10%；電網(wǎng)頻率：50Hz；斷態(tài)峰值截止電壓VP：≥1200VPK；最小負(fù)載電流：100 mA；斷態(tài)漏電流：<12 mA；關(guān)斷最大延時：10ms。
4、交流變頻控制
輸出頻率范圍：0.2～400Hz；頻率設(shè)定分辨率：0.06Hz/60HZ；頻率精度：最大輸出頻率的±0.1%以內(nèi)；控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。
5、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集熱電阻輸入模塊：將傳感器檢測到的被控參數(shù)溫度的標(biāo)準(zhǔn)信號通過AD轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，以對溫度信號實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集檢測，信號傳送至計(jì)算機(jī)后可進(jìn)行溫度監(jiān)測與控制方面的開放式開發(fā)組態(tài)實(shí)驗(yàn)。
6、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊：將計(jì)算機(jī)控制算法輸出后的控制信號通過DA轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置），整個控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在上位PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
7、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊：將傳感器檢測到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電壓信號通過AD轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，以對液位、壓力與流量信號實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集檢測，信號傳送至計(jì)算機(jī)后可進(jìn)行液位、壓力與流量監(jiān)測與控制方面的開放式開發(fā)組態(tài)實(shí)驗(yàn)。
（三）配套的教學(xué)資源：
1、軟件使用手冊。
2、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。
3、各種維護(hù)用的螺絲刀、扳手、生料帶、電工膠帶、保險絲、出水管等工具，各主要器件的使用說明書，實(shí)驗(yàn)用強(qiáng)弱電導(dǎo)線，工程光盤及軟件。
4、PLC仿真實(shí)訓(xùn)軟件（軟件為3個節(jié)點(diǎn)，提供軟件安裝程序和序列號、加密狗。）：通過計(jì)算機(jī)交互技術(shù)實(shí)時顯示PLC的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)PLC虛擬接線、接線的錯誤檢查、PLC運(yùn)行模擬等功能，可選擇西門子S7-200系列PLC、三菱FX系列PLC、歐姆龍CPM系列PLC。
軟件包含 “四節(jié)傳送帶的模擬控制”、“自動配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)”、“十字路口交通燈的模擬控制”、“裝配流水線的模擬控制”、“水塔水位的模擬控制”、“天塔之光的模擬實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)械手動作的模擬”、“液體混合裝置的模擬”、“三相步進(jìn)電機(jī)的模擬控制”、“LED數(shù)碼顯示控制”、“噴泉的模擬控制”、“三層電梯控制系統(tǒng)的模擬”、“軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)模擬”、“郵件分揀系統(tǒng)模擬”、“運(yùn)料小車控制模擬”、“舞臺燈光的模擬”、“加工中心模擬系統(tǒng)控制”、“三相異步電動機(jī)點(diǎn)動控制和自鎖控制”、“三相異步電動機(jī)Y△換接起動控制”、“三相異步電動機(jī)聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制”、“三相異步電動機(jī)帶延時正反轉(zhuǎn)控制”、“基于PLC通訊方式的變頻器開環(huán)調(diào)速”、“基于PLC模擬量閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)”、“基于PLC通訊方式的變頻器閉環(huán)定位控制”等共24個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
（四）系統(tǒng)功能要求
1、輸入電源: 三相四線（或三相五線380V±10％ 50Hz）。
2、工作環(huán)境: 溫度–10℃－+40℃ 相對濕度＜85％（25℃）海撥＜4000m。
3、裝置容量：＜5kVA。
4、外形尺寸：過控綜合自動化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺 長≤1800mm，寬≤730mm，高≤1400mm；高級過程控制對象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置：長≤1630mm，寬≤780mm，高≤1850mm。
5、安全保護(hù)功能：裝置具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)（漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器）功能，系統(tǒng)總電源由電壓表及指示燈進(jìn)行監(jiān)視，安全性符合國家標(biāo)準(zhǔn)。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。強(qiáng)弱電連接線采用不同結(jié)構(gòu)的插頭、插座，防止強(qiáng)弱電混接。系統(tǒng)總電源由鑰匙開關(guān)控制，實(shí)驗(yàn)前鑰匙由老師進(jìn)行保管，系統(tǒng)連線結(jié)束后經(jīng)老師檢查無誤后由老師用鑰匙給系統(tǒng)上電，保障實(shí)驗(yàn)安全。
6、定時兼報警記錄功能：考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績。
（五）能夠開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、單容水箱特性的測試。
2、雙容水箱特性的測試。
3、單回路控制系統(tǒng)的實(shí)踐。
4、上水箱（或中水箱或下水箱）液位定值控制系統(tǒng)。
5、雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)。
6、三容水箱液位定值控制系統(tǒng)。
7、鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)。
8、鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)。
9、鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)。
10、單閉環(huán)電動閥支路流量的定值控制系統(tǒng)。
11、單閉環(huán)變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制系統(tǒng)。
12、鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制系統(tǒng)。
13、串級控制系統(tǒng)的連接實(shí)踐。
14、水箱液位串級控制系統(tǒng)。
15、三閉環(huán)液位控制系統(tǒng)。
16、下水箱液位與電動調(diào)節(jié)閥流量的串級控制系統(tǒng)。
17、下水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級控制系統(tǒng)。
18、鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制系統(tǒng)。
19、鍋爐內(nèi)膽水溫與循環(huán)水流量的串級控制系統(tǒng)。
20、盤管出水口水溫與熱水流量的串級控制系統(tǒng)。
21、單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)。
22、雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)。
23、盤管出水口溫度純滯后控制系統(tǒng)。
24、盤管出水口溫度滯后控制系統(tǒng)。
25、流量純滯后控制系統(tǒng)。
26、鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋-反饋控制系統(tǒng)。
27、下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)。
